امواج گرانشی و انرژی تاریک

در کنفرانس بین‌المللی فیزیک ذرات و کیهان‌شناسی که امسال،‌ سوم تا هفتم شهریور ماه برگزار شد بحث بر سر دو موضوع بسیار داغ بود که هرکدام از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند: امواج گرانشی و انرژی تاریک.

اگر یادتان باشد اسفند سال گذشته با انتشار خبر کشف امواج گرانشی غوغایی در دنیای فیزیک و نجوم برپا شد. اما می‌دانید که هیچ‌چیزی در دنیای علم از نظریه‌های جدید گرفته تا یافته‌ها و کشف‌های جدید به‌سادگی پذیرفته نمی‌شود. به محض اعلام شدن نتیجه‌ای جدید گویی کل جامعه‌ی علمی دست در دست هم می‌دهند تا آن نتیجه را رد کنند. اگرچه هر نظریه یا کشفی باید از هفت خوان رستم بگذرد تا نهایتاً سال‌ها تلاش بی‌وقفه‌ی فرد یا گروهی رد یا پذیرفته شود، این‌همه دقت و ریزبینی و به چالش کشیدن به نفع همه است و در انتها آن‌چه باقی می‌ماند نظریه و کشفی اتکاپذیر و پذیرفتنی است.  

از اسفند ماه، گذشتن از هفت خوان برای آلن گوث و گروه آشکارکننده‌ی امواج گرانشی آغاز شده است چون بعضی از دانشمندان معتقدند گروه Bicep در نتیجه‌گیری آزمایش‌ها شتاب‌زده عمل کرده و آن‌ سیگنال‌هایی که دریافت کرده‌اند فقط نتیجه‌ی اغتشاشی است که به‌علت غبار میان‌ستاره‌ای در راه‌ شیری به وجود آمده است. پس ممکن است که این گروه اصلاً موفق به کشف امواج گرانشی نشده باشند و اکنون تأیید یا رد شدن این یافته به ماهواره‌ی پلانک واگذار شده است. نتایج تحقیقات پلانک تا ماه نوامبر/آبان منتشر نمی‌شود و تا آن زمان همه در انتظاری هیجان‌انگیز به سر می‌برند.

در بخش دیگر کنفرانس دانشمندان به بحث درباره‌ی انرژی تاریک و نحوه‌ی یافتن آن پرداخته‌اند. می‌دانید که انرژی تاریک نیرویی است که سرعت انبساط جهان را افزایش می‌دهد اما تا به‌حال هیچ نشانه‌ی قطعی بر وجود آن یافت نشده است. دانشمندان با سه آزمایش می‌خواهند بدانند که آیا این انرژی وجود دارد؟ با تغییر نگاه‌مان نسبت به انرژی تاریک باید منتظر چه عواقبی باشیم؟ و چه چیز دیگری به جز انرژی تاریک می‌تواند  علت انبساط جهان را توضیح می‌دهد؟

۱-     آزمایش هولومتر

هدف از آزمایش هولومتر بررسی کوچک‌ترین واحد فضا-زمان است. این واحدهای کوچک در مقیاس کوانتومی مانند ماده و انرژی بیشتر رفتاری موج‌مانند دارند تا ذره‌ای. هرچیزی در کوچک‌ترین بخش‌های هستی اندکی لرزش دارد و هرگز ثابت و بی‌حرکت نیست. بهترین نظریه‌هایی که اکنون وجود دارند، فضا-زمان را برحسب هندسه و ماده را برحسب میدان‌های کوانتومی تعریف می‌‌کنند و هم‌چنان سعی در یکی کردن این دو دارند. اگر آزمایش هولومتر نتیجه بدهد قدمی در یکی‌کردن ماده و فضا-زمان برداشته شده است. در مقیاس‌های بسیار کوچک که این دو ویژگی به‌هم مربوط هستند، هندسه‌ی فضا-زمان به‌تنهایی عالم را وادار به گسترش می‌کند. درباره‌ی این آزمایش در مقاله‌ی «آیا ما در یک هولوگرام بزرگ زندگی می‌کنیم؟» بیشتر بخوانید.

۲-     نیروی کامیلیون یا نیروی پنجم

عده‌ای از دانشمندان معتقدند که در جهان نیروی پنجمی هم وجود دارد (علاوه بر نیروی گرانش، هسته‌ای ضعیف، هسته‌ای قوی و الکترومغناطیس) و ذرات این نیروی پنجم است که باعث به وجود آمدن انرژی تاریک می‌شوند. این ذرات «کامیلیون، Chameleon» نام دارند، جرم این ذرات نسبت به محیطی که در آن قرار می‌گیرند، تغییر می‌کند: در محیط‌های چگال‌تر، پرجرم‌تر و در محیط‌های رقیق‌تر کم‌جرم‌تر می‌شوند (شاید به همین علت است که دانشمندان نام کامیلیون به معنی آفتاب‌پرست را برای این ذرات انتخاب کرده‌اند). طبق تعریف این ذرات با میدان مغناطیسی درهم‌کنش دارند و در شرایط خاصی فوتون تولید می‌کنند که البته عکس این روند هم ممکن است یعنی فوتون‌ها، کامیلیون تولید می‌کنند.

انرژی تاریک نیرویی است که جهان را در سویی مخالف با گرانش به حرکت وامی‌دارد. اگر واقعاً چنین است چرا نتوانسته‌ایم این نیرو را تا به حال آشکار کنیم؟ شاید علت این است که انرژی تاریک فقط در خلاء یا فضایی نزدیک به خلاء عمل می‌کند و مواد بسیار چگال منظومه‌ی شمسی مانع از آشکارسازی این نیرو می‌شوند. به همین علت کِلِر بوراژ و همکارانش در دانشگاه ناتینگهام (انگلستان) آزمایشی را طراحی کرده‌اند که با حرکت دادن ۱۰۰۰ اتم به اندازه‌ی یک میلی‌متر در اتاقک خلاء، بتوانند این ذرات خیالی را تولید کرده و اثر نیروی کامیلیون را در خلاء بررسی کنند.

پیش از این هم آزمایش‌هایی برای آشکارسازی این ذرات انجام شده بود اما هیچ‌کدام نتیجه‌ای دربر نداشتند اما این گروه از دانشمندان امیدوارند با استفاده از ابزارهای پیشرفته‌تر و تغییر شرایط آزمایش به نتیجه برسند.

3-     شبح تهدیدآمیز

مدل‌های گوناگون انرژی تاریک همه اتفاق نظر دارند که مقدار این انرژی همواره ثابت بوده است و ثابت می‌ماند. اما ۱۰ سال پیش کیهان‌شناسان حالتی را در نظر گرفتند که شاید چگالی کل انرژی تاریک در حال رشد باشد. اگر چنین چیزی درست باشد پس عالم با کابوسی وحشتناک روبه‌رو است. فضا-زمان با سرعت هرچه تمام‌تر گسترش می‌یابد و ماده از هم می‌پاشد. به همین علت دانشمندان به این نیروی مخرب «شبح» می‌گویند.

برای فهمیدن این‌که آیا واقعاً چنین اتفاقی می‌افتد یا خیر دراگن هاتِرِر از دانشگاه میشیگان و همکارانش رو به ابرنواخترهای نوع Ia آورده است. همه‌ی این ابرنواخترها درخشندگی یکسانی دارند و مانند مقیاسی کیهانی برای اندازه‌گیری فاصله‌های به‌کار می‌آیند. نخستین نشانه‌های سرعت یافتن انبساط عالم با بررسی همین ابرنواختر در ابتدای دهه‌ی ۹۰ میلادی (۷۰ شمسی) به‌دست آمد.

این گروه در حال بررسی ابرنواخترها هستند و تابه حال تنها نتیجه‌ای که به دست آمده این است که در دو میلیون سال گذشته چگالی انرژی تاریک افزایش یافته است. البته هنوز این نتایج قطعی نیستند.هاتِرر می‌گوید:«شاید این فرضیه چندان جالب‌توجه یا واقعی به‌نظر نرسد اما وقتی به نتایجی فکر می‌کنم که امکان دارد با درست بودن این فرضیه رخ بدهد، می‌بینم که ارزش بررسی دارد.

canot.ir